Werkstofftechnik: Magnesium-Knetlegierungen

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Questions and Answers

Welche Legierung hat eine Dichte von weniger als 5 g/cm³?

Titan-Gusslegierung
Aluminium-Gusslegierung (correct)
Kupfer-Knetlegierung
Magnesium-Knetlegierung (correct)

Welche der folgenden Eigenschaften hat reines Titan?

Bioresorbierbar
Gitterstruktur (correct)
MR- kompatibel
Biokompatibel

Welche Beschreibung passt zu Magnesium-Gusslegierungen?

Einfache Bearbeitung (correct)
Hohes Gewicht
Hohe Festigkeit
Niedrige thermische Stabilität (correct)

Was sind Anwendungsbeispiele für Magnesium-Knetlegierungen?

Stents in vivo (B) Signup and view all the answers

Warum sind Magnesiumlegierungen für medizinische Anwendungen geeignet?

Hohe Biokompatibilität (B) Signup and view all the answers

Was beschreibt die Dichte von Schwermetallen?

ρ > 5 g/cm³ (C) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Metalle gehört nicht zu den Leichtmetallen?

Nickel (C) Signup and view all the answers

Welches dieser Metalle hat die höchste Dichte?

Kobalt (D) Signup and view all the answers

Welche Dichte hat Aluminium im Vergleich zu Stahl?

Aluminium hat eine Dichte von 2,70 g/cm³ (B) Signup and view all the answers

Was ist die Schmelztemperatur von Aluminium?

660 °C (B) Signup and view all the answers

Wie hoch ist der E-Modul von Aluminium im Vergleich zu Stahl?

Der E-Modul von Aluminium beträgt 65 GPa (C) Signup and view all the answers

Was kann die Korrosionsbeständigkeit von Aluminium beeinträchtigen?

Geringe Beimengungen an Fremdatomen (C) Signup and view all the answers

Welche Eigenschaft unterscheidet Knetlegierungen von Gusslegierungen bei Aluminium?

Knetlegierungen sind umformbar (C) Signup and view all the answers

Welcher Bereich wird von der Zugfestigkeit von Aluminium abgedeckt?

40…180 N/mm² (D) Signup and view all the answers

Welcher Wert repräsentiert den Ausdehnungskoeffizienten von Aluminium?

23,8 10-6/K (B) Signup and view all the answers

Was bewirkt die Deckschichtbildung (Al2O3) an Luft bei Aluminium?

Verbessert die Korrosionsbeständigkeit (B) Signup and view all the answers

Was ist ein charakteristisches Merkmal von Knetlegierungen?

Sie sind umformbar. (D) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Legierungselemente werden zur Mischkristallverfestigung in Al-Knetlegierungen eingesetzt?

Mg und Zn (B) Signup and view all the answers

Was geschieht bei der Ausscheidungsverfestigung von Aluminiumlegierungen?

Al3Mg2 scheidet sich bevorzugt an Korngrenzen aus. (B) Signup and view all the answers

Warum sind Aluminium-Magnesium-Legierungen nicht effektiv aushärtbar?

Es tritt nur eine mäßige Festigkeitssteigerung auf. (A) Signup and view all the answers

Was sind die Hauptmerkmale von Gusslegierungen in Bezug auf die Umformbarkeit?

Sie sind nicht umformbar. (D) Signup and view all the answers

Wie kann die Festigkeit bei nicht aushärtbaren Al-Legierungen gesteigert werden?

Durch Kaltverfestigung oder Mischkristallhärtung. (D) Signup and view all the answers

Welches der folgenden Elemente führt zu Ausscheidungen in Al-Knetlegierungen?

Cu, Si & Mg (D) Signup and view all the answers

Welches der folgenden Verfahren ist nicht notwendig für die Ausscheidungshärtung bei Aluminiumlegierungen?

Schnelles Erhitzen. (B) Signup and view all the answers

Welches ist die Hauptgitterstruktur von reinem Titan bei 882°C?

Hexagonal dichteste Packung (hdp) (A) Signup and view all the answers

Wie viele Gleitsysteme sind in der Gitterstruktur des hexagonal dichtesten Packungs (hdp) von reinem Titan aktiviert?

3 Gleitsysteme (A) Signup and view all the answers

Welche physikalische Eigenschaft von Titan hat einen Wert von 4,5 g/cm³?

Dichte (B) Signup and view all the answers

Was ist die Schmelztemperatur von reinem Titan?

1670°C (B) Signup and view all the answers

Wie wird das Verformungsverhalten eines Werkstoffs durch die Gitterstruktur beeinflusst?

Je mehr Gleitsysteme aktiviert werden können, desto einfacher ist der Werkstoff verformbar. (D) Signup and view all the answers

Welches Anwendungsgebiet ist nicht typischerweise mit dem Werkstoff Titan assoziiert?

Holzverarbeitung (D) Signup and view all the answers

Welche Zugfestigkeit reicht typischerweise für Titan und Titanlegierungen?

240…360 N/mm² (C) Signup and view all the answers

Was muss bei der Verarbeitung von reinem Titan besonders beachtet werden?

Sämtliche Oxidation sollte kontrolliert werden. (D) Signup and view all the answers

Welche Eigenschaft von Titan beschreibt die hohe O-Affinität?

Leicht entzündlich bei feinen Spänen (B) Signup and view all the answers

Wie werden Titanlegierungen durch Rein-Titan verstärkt?

Durch die Zugabe von Aluminium und Vanadium (D) Signup and view all the answers

Was ist ein Hauptanwendungsbereich für unlegiertes Titan (Grade 4)?

Hohe Belastbarkeit bei mäßiger Duktilität (B) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Titanlegierungsgruppen umfasst β-Legierungen?

Kombinierte α+β-Legierungen (B) Signup and view all the answers

Was beschreibt die Zähigkeit von Titan bezüglich der Zerspanbarkeit?

Es ist schwierig zerspanbar (A) Signup and view all the answers

Was ist ein Beispiel für eine hochfeste Titanlegierung?

Ti-6Al-4V (D) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über Titan-Beschichtungen ist korrekt?

Sie erhöhen die Verschleißfestigkeit (A) Signup and view all the answers

In welcher Form wird rein-Titan in der Orthopädie verwendet?

In Form von temporären Implantaten (B) Signup and view all the answers

Was sind die Hauptlegierungselemente von Neusilber?

Ni und Zn (D) Signup and view all the answers

Welche Aussage über Messing ist korrekt?

Es enthält etwa 37 % Zink. (B) Signup and view all the answers

Welches charakteristische Merkmal ist mit einer CuAl-Legierung verbunden?

Aluminium als Legierungselement (C) Signup and view all the answers

Welches dieser Legierungselemente erhöht die Festigkeit von Messing?

Zink (B) Signup and view all the answers

In welcher Hinsicht unterscheidet sich Silber von Neusilber?

Silber hat keinen Nickelanteil. (B) Signup and view all the answers

Was ist ein Hauptproblem, das bei Neusilber auftreten kann?

Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (D) Signup and view all the answers

Welche Legierung hat Zinn als wichtiges Legierungselement?

Bronze (A) Signup and view all the answers

Was ist die Hauptfunktion von Zink in der Messinglegierung?

Erhöhung der Festigkeit (A) Signup and view all the answers

Welche Gitterstruktur zeichnet reines Nickel aus?

Kubisch flächenzentriert (kfz) (D) Signup and view all the answers

Welches Material hat einen Kern aus Nickel-Messing?

Wärmetauscher (C) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Eigenschaften trifft typischerweise auf Nickel-Legierungen zu?

Korrosionsbeständigkeit (A) Signup and view all the answers

Was bezeichnet man als Schwermetalle?

Metalle mit einer Dichte von mehr als 5 g/cm³ (D) Signup and view all the answers

Wofür werden versilberte Tafelgeräte typischerweise verwendet?

Für dekorative Haushaltsgegenstände (D) Signup and view all the answers

Welches der folgenden Eigenschaften ist keine charakteristische Eigenschaft von Co-Cr-Mo-Legierungen?

Gute elektrische Leitfähigkeit (A) Signup and view all the answers

Welche dieser Legierungen hat eine Dichte von weniger als 5 g/cm³?

Aluminiumlegierungen (C) Signup and view all the answers

Welches dieser Metalle gehört nicht zu den Leichtmetallen?

Nickel (A) Signup and view all the answers

Was beschreibt die Schmelztemperatur von Co-Cr-Mo-Legierungen?

1495 °C (B) Signup and view all the answers

Bei welcher Temperatur wandelt sich α-Cobalt in β-Cobalt um?

450 °C (D) Signup and view all the answers

Was ist ein Hauptmerkmal von Nickel in der Werkstofftechnik?

Gute Kaltverformbarkeit (B) Signup and view all the answers

Welcher Betrag beschreibt den Ausdehnungskoeffizienten von Co-Cr-Mo-Legierungen?

12,5 x 10^-6/K (B) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Eigenschaften ist typisch für die Zugfestigkeit von Co-Cr-Mo-Legierungen?

Ca. 890 N/mm² (A) Signup and view all the answers

Welche der folgenden Anwendungen ist am wahrscheinlichsten für Co-Cr-Mo-Legierungen?

Medizinische Implantate (C) Signup and view all the answers

Welcher Wert beschreibt die Dichte von Co-Cr-Mo-Legierungen?

8,9 g/cm³ (A) Signup and view all the answers

Was ist die typische Bruchdehnung von Co-Cr-Mo-Legierungen?

10% (B) Signup and view all the answers

Welcher Effekt hat ein höherer Nickelgehalt auf die Dehngrenze einer Legierung?

Die Dehngrenze nimmt zu. (A) Signup and view all the answers

Welche Elemente sind wichtig für die äußere Oxidationsbeständigkeit von Nickellegierungen?

Cr, Mo (C) Signup and view all the answers

Welche Aussage beschreibt die Mischkristallhärtung von Nickel-Superlegierungen?

Mischkristallhärtung erfolgt durch Mn und Si. (C) Signup and view all the answers

Für welche Anwendungen werden Nickel-Basis Superlegierungen typischerweise eingesetzt?

Luftfahrt und Raumfahrt (D) Signup and view all the answers

Für welche Korrosionsbeständigkeit in wässrigen Medien sind folgende Legierungselemente entscheidend?

Cr, Mo, Cu (A) Signup and view all the answers

Welcher der folgenden Verfestigungsmechanismen wird bei hochwarmfesten Nickellegierungen nicht eingesetzt?

Ausscheidungshärtung durch Cu (C) Signup and view all the answers

Welcher Wert beschreibt die Dichte von Nickellegierungen?

8,88 g/cm³ (D) Signup and view all the answers

Was ist der Ausdehnungskoeffizient für Nickellegierungen?

13 x 10⁻⁶/K (A) Signup and view all the answers

Worin bestehen die Anwendungen von Ni-Basis Superlegierungen?

In Turbinenschaufeln, Auslassventilen und Ventilkörpern (A) Signup and view all the answers

Welche Verfestigungsmechanismen werden bei Ni-Basis Superlegierungen eingesetzt?

Ausscheidungshärtung und Mischkristallverfestigung (B) Signup and view all the answers

Welcher Wärmebehandlungszustand wird für Ni-Basis Superlegierungen bei Raumtemperatur verwendet?

Lösungsglühen und Abschrecken (C) Signup and view all the answers

Was kann die Korrosionsbeständigkeit von Ni-Basis Superlegierungen verringern?

Gussbedingte Ausscheidungen (C) Signup and view all the answers

In welchen Komponenten werden Ni-Basis Superlegierungen verwendet?

In Kraftwerks- und Motorentechnologie (B) Signup and view all the answers

Was ist der Hauptzweck von Mischkristallverfestigung in Ni-Basis Superlegierungen?

Steigerung der mechanischen Festigkeit (C) Signup and view all the answers

Was passiert bei der Wärmebehandlung von Ni-Basis Superlegierungen?

Legierungselemente werden gelöst oder ausgetrieben (C) Signup and view all the answers

Für welche Art von Ventil sind Ni-Basis Superlegierungen geeignet?

Für Auslassventile 4-Takt Großdieselmotor (C) Signup and view all the answers

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Study Notes

Prototypen und Serienproduktion

Einteilung der Produktionsarten: Prototypen/Kleinserien, mittlere bis Großserien, Großserien.

Anwendungsbeispiele von Magnesium-Knetlegierungen

Verwendung von Stents in vivo seit 2003.
Merkmale: MR-kompatibel, bioresorbierbar, biokompatibel.

Anwendungsbeispiele von Magnesium-Gusslegierungen

Magnesium-Gusslegierungen finden vielfältige Anwendung in verschiedenen Industrien.

Materialien und deren Dichten

Leichtmetalle (Dichte ρ < 5 g/cm³): Magnesium, Titan, Aluminium, Kupfer, Nickel.
Schwermetalle (Dichte ρ > 5 g/cm³): Kobalt, Keramiken.

Titan

Reines Titan hat eine hexagonale dichteste Packung (hdp) und ändert sich über 882°C in die kubisch raumzentrierte (krz) Struktur.
Einfluss der Gitterstruktur auf Verformungsverhalten: Höhere Anzahl aktiver Gleitsysteme erleichtert die Verformbarkeit. Reines Titan ist nur mäßig kalt umformbar.

Physikalische Eigenschaften von Titan

Dichte: 4,5 g/cm³
Schmelztemperatur: 1670°C
Ausdehnungskoeffizient: 9 x 10^-6/K
Zugfestigkeit: 240-360 N/mm²
Elastizitätsmodul: 110 GPa
Hohe Korrosionsbeständigkeit, häufig eingesetzt in Luftfahrt und Medizintechnik.

Verarbeitung von reinem Titan

Hohe Affinität zu Sauerstoff: Feine Späne sind entzündlich, Wärmebehandlungen sollten unter Edelgas oder Vakuum erfolgen.
Zerspanbarkeit: Reines Titan ist zäh und schwierig zu verarbeiten.

Gruppen von Titanlegierungen

Hauptgruppen: α-Legierungen, β-Legierungen, near-α-Legierungen, α+β-Legierungen.
Mischkristallverfestigung durch Al, Sn und O für α-Phase; V, Cr, Fe für β-Phase.

Einsatzgebiete von reinem Titan

Orthopädische Temporärimplantate, Titanbeschichtungen.
Unterteilung in verschiedene Gütegrade: Grade 1-4, wobei Grade 1 die höchste Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Eigenschaften von Titanlegierungen

Dichte: 2,70 g/cm³, prozessspezifische Eigenschaften wie Zugfestigkeit: 40-180 N/mm², gute Korrosionsbeständigkeit.

Aluminiumlegierungen

Knetlegierungen sind umformbar, während Gusslegierungen nicht umformbar sind.
Knetlegierungen können durch Kaltverfestigung, Mischkristall- oder Korngrenzenverfestigung die Festigkeit steigern.

Legierungselemente in Al-Knetlegierungen

Mischkristallverfestigung durch Mg, Zn; Ausscheidungsverfestigung durch Cu, Si und Mg (Mg2Si-Ausscheidungen).

Aluminium-Magnesium-Legierungen

Nicht aushärtbar, nur mäßige Festigkeitssteigerung möglich.
Al3Mg2 präferiert an Korngrenzen, was zu Versprödung führt.

Verfahren der Ausscheidungshärtung

Notwendige Verfahrensschritte für die Ausscheidungshärtung werden erläutert.

Kupferlegierungen

Messing (CuZn) enthält Zink als Legierungselement, mit 37 % Zn, was zu β-MK (krz) führt.
Neusilber (CuNiZn) kombiniert Zink und Nickel als Legierungselemente.
Bronzen (CuSn) nutzen Zinn zur Verbesserung der Eigenschaften.
CuAl-Legierungen enthalten Aluminium, während CuNi-Legierungen Nickel als Hauptbestandteile haben.

Unterschiede zwischen Messing und Rotguss

Messing: Zink als Legierungselement, erhöht die Festigkeit, reduziert die Zähigkeit, günstig bei spanender Formgebung.
Rotguss: Enthält Sn, Zn, Pb, zeichnet sich durch unterschiedliche mechanische Eigenschaften aus.

Unterschiede zwischen Silber und Neusilber

Neusilber: Besteht aus Nickel und Zink (10-25 % Ni), optisch ähnlich wie Silber.
Silber: Bietet bessere Anlaufbeständigkeit als Messing, ist jedoch anfällig für Spannungsrisskorrosion in Anwesenheit von Ammoniak und Feuchtigkeit.

Eigenschaften von Nickel

Reines Nickel hat eine kubisch flächenzentrierte (kfz) Gitterstruktur, die gute Kaltverformbarkeit ermöglicht.
Physikalische Eigenschaften von Nickel:
- Dichte: 8,88 g/cm³
- Schmelztemperatur: 1435 °C
- E-Modul: 210 GPa
- Zugfestigkeit: 370-700 N/mm²
- Bruchdehnung: 2-60 %

Einfluss des Nickelgehalts auf die Dehngrenze

Ein höherer Nickelgehalt in einer Legierung steigert die Dehngrenze.

Korrosionsbeständigkeit von Nickel-Legierungen

Hohe Temperaturkorrosionsbeständigkeit wird durch Elemente wie Chrom (Cr) und Molybdän (Mo) gegen äußere Oxidation erreicht.
Innere Oxidation wird durch Al und Si unterstützt.
Wichtige Legierungselemente für andere Korrosionsbeständigkeiten: Cr, Mo, Cu.

Anwendungen von Nickel-Basis-Superlegierungen

Eingesetzt in Turbinenschaufeln, Auslassventilen von 4-Takt Großdieselmotoren und Ventilkörpern.
Verfestigungsmechanismen: Ausscheidungshärtung und Mischkristallverfestigung.

Wärmebehandlungszustand von korrosionsbeständigen Legierungen

Diese Legierungen werden im Lösungsglühen mit anschließendem Abschrecken behandelt, um gussbedingte Ausscheidungen aufzulösen.

Eigenschaften von Kobalt-Legierungen

Co-Cr-Mo-Legierungen:
- Dichte: 8,9 g/cm³
- Schmelztemperatur: 1495 °C
- Zugfestigkeit: ca. 890 N/mm²
- Hohe Härte und Elastizität, hervorragende Korrosionsbeständigkeit, gute Löteigenschaften und Biokompatibilität.

Anwendung von Co-Basis-Legierungen

Einsatz in medizinischen Geräten und Prothesen aufgrund ihrer biokompatiblen Eigenschaften.

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